Рыбки в космосе: серия совместных российско-японских экспериментов

Серия совместных российско-японских экспериментов «Аквариум-AQH», без преувеличения, является одним и наиболее важных экспериментальных шагов последних лет. Это одно из первых исследований, которое позволяет оценить «чистый» эффект космического полета на работу генетического аппарата позвоночных и беспозвоночных водных организмов на примере японских рыбок медака (Oryzias latipes) и личинок комаров-звонцов (Polypedilum vanderplanki).

Эксперимент «Аквариум-AQH» проводится в соответствии с программой российских научно-прикладных исследований. С российской стороны в работах по данным экспериментам участвуют ГНЦ РФ-ИМБП РАН, РКК «Энергия» имени С.П.Королева, МГУ, НИИ Морфологии Человека РАМН, Казанский федеральный университет.

Исследование «Аквариум-AQH» отличается от подавляющего большинства биологических экспериментов, которые проводились на МКС, следующими ключевыми моментами:

- животные проводят в космосе значительное время в условиях с постоянным контролем температуры и качества воды в аквариумах, и возможное влияние на результаты экспериментов стресса от доставки их на борт сведено практически к нулю;

- фиксация биологического материала проходит прямо на борту космической станции с применением реактивов для стабилизации РНК и ДНК. Это позволяет полностью избежать влияния стресса от спуска живых образцов на Землю. Таким образом, вычленяется чистый эффект пребывания животных в продолжительном космическом полете на генетику.

Объектами первого исследования серии экспериментов «Аквариум-AQH» являются японские рыбки медака Oryzias latipes. Этот эксперимент был спланирован и реализован с учетом последних достижений в области геномных технологий. Геном рыбки медака был расшифрован несколько лет назад, что позволяет единовременно надежно оценить экспрессию (активность) всех генов в космических и земных образцах.

В эксперименте используется лучшая на сегодняшний день платформа полногеномного секвенирования (считывания информации со всего генома) HiSeq 2500 (Illumina) для получения полного профиля генетической экспрессии. В общей сложности 14 пар полногеномных профилей экспрессии (более 60 млн прочтений на образец) позволили провести высокоэффективный анализ на:

- формирование уникальных для космоса профилей экспрессии для отдельных органов;

- выявление органо-специфичных маркеров стресса, активирующихся в условиях космического полета;

- оценку работы аппарата по стабилизации и репарации ДНК для выявления потенциального риска со стороны космической радиации.

Подобные полногеномные данные с использованием рыб, зафиксированные непосредственно во время космического полета, были получены впервые в истории космической биологии.

Исследователями изначально предполагалось, что условия космического полета будут оказывать минимальное влияние на работу генетического аппарата рыбок, так как водная среда обитания подразумевает возможную компенсацию от микрогравитационного стресса.

Бортовые видеоматериалы свидетельствовали, что с поведенческой точки зрения рыбки вполне адаптировались к условиям полета, однако, в сравнительном анализе мальков рыбок земной и космической группы было обнаружено 418 генов, значительно повышающих активность в условиях космического полета. Одним из неожиданных результатов стал анализ генов, активность которых снижалась в мальках в условиях космического полета. Таких генов было обнаружено 195.

В настоящее время российскими и японскими учеными проводится анализ генетических данных из разных органов взрослых рыб после месяца в условиях космического полета. Одним из потенциальных результатов работы может стать выявление особых регуляторных областей в геноме, специфично реагирующих на условия космического полета и определяющих снижение активности мышечных и других белков.

Данный подход глубокого полногеномного анализа является высокоэффективной стратегией для выявления потенциальных генетических рисков для космонавтов.

О результатах второго совместного российско-японского эксперимента в рамках «Аквариум-AQH»  пресс-центр КФУ писал ранее.

Этот эксперимент ставит своей задачей использование преимуществ покоящихся стадий водных организмов для понимания влияния космического полета на органные и тканные перестройки во время метаморфоза насекомых.

В данном случае используется феномен криптобиоза - организмы доставляются на борт в полностью обезвоженном состоянии и реактивируются добавлением воды.

Модельным объектом выступает африканская хирономида Polypedilum vanderplanki - вид комаров-звонцов. Личинки этого насекомого приспособлены к полному обезвоживанию, и возвращаются к жизни в течение 30-40 минут после добавления воды.

Личинки в обезвоженном состоянии обладают уникальной устойчивостью к абиотическим стрессам, включая радиацию и вакуум. Они были использованы в цикле экспериментов «Биориск» и «Expose-R» в открытом космосе. Экспериментально было доказано, что земные организмы такого сложного уровня организации способны выживать в течение многих лет в открытом космическом пространстве. В 2013 году была закончена расшифровка генома африканской хирономиды и личинки включены в программу второго эксперимента «Аквариум-AQH». Личинки были реактивированы на борту МКС, процесс их оживления и жизненного цикла фиксировался на видеокамеры высокого разрешения. После оживления в космосе личинки были законсервированы и отправлены обратно на Землю для дальнейших генетических исследований.

Два эксперимента «Аквариум-AQH» могут рассматриваться как компоненты одного блока генетической исследовательской программы «Космическая траскриптомика», которая позволит за несколько лет создать сводную базу данных по работе геномов эукариотических (имеющих в клетках ядро) организмов в условиях космического полета.